如何全方位思考堤坝的设计方式和选取方案

贾志强

【摘 要】本文在简单介绍堤坝工程设计相关情况的基础上，从多个方面对如何做好设计工作进行了分析，以便为实际工作的有效开展提供参考和借鉴。

【关键词】堤坝；工程设计；相关问题

【Abstract】In this paper， a brief introduction dam engineering design， based on the relevant circumstances， in many ways on how to do the design work is analyzed in order to provide reference for the effective implementation of the actual work.

【Key words】Dam；Engineering design；Related issues

1. 引言

临水而居在古今中外都是人们选择居住环境的主要原则，但同时水火无情，与水有关的各种天灾人祸都会造成严重的生命财产损失。改革开放后，我国国民经济得到了飞速的发展，尤其是临近水道的城市，更是因为航运之便而在短时间内迅速崛起，人口的涌入一方面加速了城市建设，另一方面也对水利工程的设计者和建设者提出了更高的要求，这点在城区段河道堤坝治理工作中表现的尤为突出。对于堤坝工程的设计者而言，不仅要考虑项目自身使用功能的有效实现，还要兼顾河道规划与占地问题，任务较以往更为繁重，所以在这样的时代背景下，对堤坝工程设计相关问题进行讨论，就具有了较高的理论和实践意义。

2. 堤坝工程的常见形式

（1）项目所在位置是堤坝结构形式选择的主要依据，同时还会兼顾施工所在地附近的材料供应问题，最终确定的结构形式可以说是在全面考虑地质条件、所在位置、风浪特性、建材供应、运管要求、项目造价、景观建设等诸多因素后的结果，以便满足技术和经济两方面的需求。

（2）根据建材的不同，堤坝可分为石堤、土堤、钢筋混凝土防洪墙、混凝土堤、混合材料堤等多种类型；根据其断面形式的不同，可分为直墙式、斜坡式、复合式等类型。

（3）一般来说，在非城镇地区如湖积平原、冲击平原等地会采用均质黏土坝；在石材丰富、洪水迅速消长、河床比降大的地区，多会采用砌石防冲结构的卵石堤或土堤；在平原城镇等人口密集地区，多会在兼顾土地占用、材料供应等问题的基础上，采用直墙式堤，另外，也可能根据景观建设等要求另外选择结构形式。

（4）斜坡式结构一般用于护岸工程中，但是在山区城镇，则会因岸坡抗淘刷、抗冲能力不足、稳定性较差等因素选择挡墙式结构。在加固已建成土堤的过程中，除采用土料填筑外，也可以通过防浪墙的设置来满足增高的需求。

3. 堤线的设置与选择

（1）堤线的设置与选择直接影响着工程建设的合理性及使用功能能否得到充分发挥，并在很大程度上决定着项目的总投资。因此在开展此项工作时，设计人员应在全面了解地貌、地形、地质条件、地势、防洪要求的基础上，结合拟建建筑的施工条件、结构形式、所在位置以及河流的历史演变等问题，分析下伏地层的地质情况，在经过经济与技术可行性讨论后方可最终确定。

（2）堤坝的位置应注意避开沉积、淤滩、崩岸、泛滩等区域，虽然这些区域相对较高，但以往是河道过水部分，下伏层多由卵砾层、淤泥构成，拥有较强的透水性能，稳定性较差。这样就会在很大程度上增加开挖、压填、防渗处理的工作量与工作时间，技术与经济可行性不足。

（3）大多数河堤都毗邻居民区，堤线的改变较为困难，所以设计人员除合理选择堤型外，还要兼顾土地占用等问题，并为防洪留有余地。一般来说，应在坚持就地取材、因地制宜原则的基础上，结合项目所在地的实际情况，选择经济和技术可行性最高的堤型。另外，也可以通过沉箱式、挡墙式、加筋土等工程技术措施使堤线的布置与堤型的选择更具灵活性。

（4）除上文所述内容外，设计人员还应详细翻阅当地的历史资料，调查、搜集、整理历年来的洪灾记载，尽可能避免将堤坝设置在历史泛滥区或穿越以往的河道，从而降低堤基施工量和施工难度，减低项目投资。

4. 堤坝设计工作中的荷载组合

（1）荷载分为基本荷载与特殊荷载两种类型，其中，基本荷载主要包括堤坝自重、风浪压力、净水压力、扬压力以及其它可能会出现的荷载。特殊荷载主要包括地震及其它不太可能出现的荷载。

（2）在土堤的设计工作中，若稳定计算考虑的是正常状态，则应包括设计洪水位下的不稳定、稳定渗流期背水坡堤坡两方面内容；若稳定计算考虑的是正常状态，则应包括施工过程中背、临水侧堤坡两方面内容；在防洪设计中，正常情况主要考虑基本荷载，特殊情况需要考虑基本与特殊荷载的组合问题。

5. 堤坝工程设计的常用参数

首先是压缩系数与模量。这两个参数不仅用于计算，还可以作为评价地层压缩性的指标。其次是抗剪强度。抗剪强度衡量的是土堤在投入使用后是否会出现滑坡、滑动问题，是堤坝工程设计中的一项重要指标。第三是允许比降。该指标衡量的是地磁渗透稳定性是否符合设计标准和规范的要求。最后是渗透系数。在加固、拟建等堤坝工程的设计工作中，掌握堤基、堤身的渗透系数是计算渗流的前提条件。

6. 堤基的处理方式

6.1 在绝大多数情况下，堤基以及所使用的填筑材料的渗透系数都直接决定着是否可以实现稳定渗流，当然，孔隙率这一指标也会对稳定渗流产生一定的影响。根据达西定律，渗流出现的可能性会随着渗透系数的增高而提升。由此可知，使用砂土、砂壤土构建的堤坝较采用壤土、粘土构建的堤坝更容易形成稳定渗流。建在河边的大多数防洪堤堤基部分都是由沉积土构成，地层多为卵砾石层和砂层，土层多为卵砾、砂、淤泥、粘土构成。

6.2 下面，我们就对上述堤基的防渗处理工作进行讨论：若堤基不透水层处于较深的位置，而透水层的厚度又超过了标准和规范中的要求，那么在临水侧为稳定滩地的情况下，设计人员可采用水平防渗的处理办法；若滩地无法满足水平防渗的铺筑要求，则可换用粘性土截水槽或地下截水墙的方式加以解决。

6.3 若为由砂卵砾、粘性土构成浅层透水堤基，则可通过适当的垂直防渗措施截渗。此类堤基的结构由上到下依次为：厚粘性土层、强透水层与相对不透水层，可能出现的破坏问题主要包括以下两类：

（1）堤内存在着潜伏地下水，地面附近的粘土层遭到破坏，管涌和沸砂是破坏问题发生的两种主要表现形式。一般来说，破坏会发生在沟渠、耕植土深挖等区域，对于此类问题，设计人员可采用填塘固基的处理办法。

（2）拥有粘性土改变以及类型为承压水的地下水。由于河床深度较高，且与堤基强透水层相通，所以在水位抬高的时候，压力也会随之增加，在冲决粘性土顶板后形成激涌、地表塌陷和沸砂。

6.4 对于深层透水堤基，设计人员可通过采取减压井、排水减压沟、堤后压载的方法加以处理，使堤基渗出口的渗透坡降满足设计标准和规范的要求。若弱透水层较厚，则应尽可能采用堤后减压的方法；若较薄，宜采用减压井或减压沟的方法。

7. 结语

在堤坝工程的设计工作中，任何一个因素出现纰漏都会对整个设计成果造成影响，所以设计人员除了要不断提高自身的专业能力外，还要在实践中学会如何全方位思考堤坝的设计方式，以便最终形成技术性、经济性兼顾的方案，为下游地区人民群众的生命财产安全提供更多的保障。

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[文章编号]1619-2737（2015）06-20-637